移動端地圖技術分享

該文章屬於<簡書 — 劉小壯>原創，轉載請註明：

<簡書 — 劉小壯> http://www.jianshu.com/p/41179be5893a

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本人現就任於國內某地圖導航公司，這篇文章是我前段時間在公司組織技術分享的一個PPT，文章內容也主要由這個PPT的內容爲主，經過這篇文章能夠很好的幫你瞭解地圖導航這個行業的相關技術。

PPT內容主要包括地圖相關專業知識、百度和高德SDK總體框架、數據來源、行業概覽等組成。其中關於地圖引擎相關的技術知識，我向公司地圖引擎開發同事求證過，這個PPT也給他們看過，也幫忙指出了其中的一些問題。

這篇文章主要用於分享，其中若是有什麼問題，還請多多指出，謝謝！

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地圖開發專業知識

經緯度

經緯度是一種地理座標系統，主要用來表示地球的球面座標系，經緯度能夠定位地球的任何一個位置。南北方向的稱爲緯度，東西方向稱爲經度。

緯度：赤道緯度周長最長，離赤道越遠緯度周長越短，也就更加靠近南北極。赤道以南稱爲南緯，赤道以北稱爲北緯。緯度取值範圍是0-90，赤道緯度最小爲0，兩級最大。

經度：經度也叫子午線，任意兩條經線長度相等，起始點都在南北極。經度以本初子午線爲區分，以東稱爲東經，以西稱爲西經，東經爲正數，西經爲負數。經度取值範圍在0-180，本初子午線爲0。東經180度也就是西經180度就是白令海峽，白令海峽就是國際換日線，日期相差一天。

按照經度，地球被分爲24個時區，每一個時區又有分，分又包含秒。

投影

作地圖，投影的概念很重要。咱們的地球是圓形的，地球的座標是一個球面座標，球面座標是三維座標(x、y、z)，而咱們的地圖是是二維的(x、y)，須要將球面的三維座標轉換爲平面的二維座標。

座標轉換久用到了投影的概念，經常使用的投影有：圓柱投影、圓錐投影、方位投影，而在咱們地圖導航中使用墨卡託投影。

墨卡託投影

百度、高德、Google都使用墨卡託投影，墨卡託投影有一個很大的弊端，就是在高緯度(南緯、北緯)地區產生巨大的變形。變形比較嚴重的地方在於俄羅斯、格林蘭島、非洲、南極洲等高緯度地區。

上面五個國家分別是：俄羅斯、澳大利亞、中國、巴西、加拿大 咱們將這五個國家放在一個緯度，來比較這五個國家，發現相差並不太大。可是若是放在上面那張圖中，俄羅斯頂好幾個中國大小。

國外開發者開發了一個網站，這個網站能夠將不一樣國家拉到同一個緯度，這時候就能顯示出真正比例的國家面積。 網站地址：http://thetruesize.com/

古德投影

古德投影能夠避免地圖變形的問題，這種投影將地圖分爲幾個部分，而後沿赤道將幾個部分鏈接在一塊兒。咱們發現上面的格林蘭島已經被分爲兩部分，這種投影並不適合用於開發，並且看起來效果也不太好看。

金字塔模型

把一張世界地圖顯示到手機裏是不可能的，因此就引入了金字塔模型的概念(也就是比例尺)，咱們能夠根據不一樣的縮放比例，顯示不一樣的分辨率。

在地圖應用中，咱們用手指縮放和放大地圖，地圖顯示大小的變換，都是基於金字塔模型來組織瓦片圖的。

瓦片座標系

和金字塔模型配合使用的就是瓦片座標系，在不一樣的縮放等級下，同一塊區域瓦片個數也是不同的。

瓦片越多就表明這一區域顯示越詳細，縮放比例也就越大。瓦片座標系在2D和3D的場景下都會被使用，咱們在網絡很差的狀況下能夠看到地圖瓦片的加載過程以及瓦片的大小、位置。

座標加密

• CLLocationManager中的經緯度加密(WGS-84)
• MKMapView中的經緯度加密(GCJ-02)
• 高德SDK中的經緯度加密(GCJ-02)
• 百度SDK中的經緯度加密(使用GCJ-02再次加密，叫作BD-09)

根據中國法律規定，地圖提供商必須對地圖經緯度進行偏移，國測局制定了一套加密標準，就是經常使用的GCJ-02。經緯度座標加密主要有兩種格式，GPS座標系 (WGS-84) 和火星座標系 (GCJ-02) ，加密算法是開源的，能夠搜索到。

國際經緯度座標標準爲WGS-84，國內必須至少使用國測局制定的GCJ-02，對地理位置進行首次加密。因爲每家導航SDK提供方加密都不統一，因此百度、高德、谷歌多家地圖數據並不統一，須要再次進行轉換。

地圖定位

移動端定位方式主要有三種：GPS、Wi-Fi、基站，可是android和iOS還不太同樣，android可讓用戶選擇和設置那種定位方式，可是iOS是由系統爲咱們選擇的，咱們沒有操做定位方式的權限。iOS不容許有第三方定位，因此如今地圖應用都是對系統定位進行的封裝。若是有GPS信號，iOS系統會優先選擇GPS方式定位，而後是Wi-Fi定位，若是Wi-Fi信號很差就會選擇基站定位。

在定位中精確度最高的是Google，Google利用大數據分析，記錄每一次利用Google地圖的定位。下次再次定位時，直接根據Mac地址等信息進行分析，提升定位精確度。

比較悲催的一個問題就是，有一些比較老的iOS機器，沒有GPS定位模塊，例如一些老版本iPad，這種設備在沒有Wi-Fi的狀況下是沒法定位的。

地理編碼和逆地理編碼

地理編碼：即地理解析，由詳細的結構化地址獲得對應的經緯度信息，例如北京市海淀區中關村南大街27號的地址，就能夠獲取到一個惟一的經緯度信息。

逆地理編碼：即逆地理解析，由一個經緯度信息獲取一個結構化地址信息，例如lng:116.31985,lat:39.959836經緯度，就能夠獲取到相似於上面的地理信息。

在iOS系統API、高德SDK、百度SDK中，都爲咱們提供了地理編碼和逆地理編碼API，可是須要注意經緯度的轉換，不一樣地圖SDK返回的經緯度加密方式不一樣，咱們在傳入經緯度參數和接收經緯度參數時，都須要作轉換。

地圖數據來源

國內比較活躍的數據採集商主要是高德和四維圖新兩家，百度沒有數據採集資質(最近收購了道道通)，因此數據主要依賴於四維圖新。

四維圖新和國家測繪局合做比較密切，數據來源主要是國家測繪局提供，也有部分本身測繪的數據。高德測繪和航拍能力還不錯，主要本身測繪數據，部分數據也依賴國測局提供。數據測繪單位互相之間都有合做，會相互購買本身沒有的數據。

在中國，谷歌地圖或蘋果地圖等地圖開發商，數據來源幾乎都是這兩家公司。

POI數據

POI數據是一種矢量數據，包括美食、商店、銀行、加油站等都是POI數據，在地圖上通常都以氣泡或大頭針表示。

數據採集能夠經過車載GPS攝像機採集，或從服務性互聯網企業抓取或購買，因爲百度和高德提供了對外的SDK，經過用戶使用地圖SDK也能夠獲取一些數據。

百度的地圖數據主要依賴於四維圖新和道道通，高德地圖主要以自採爲主。通常這些數據也會和大衆點評、攜程、口碑等互聯網服務商購買，相互之間也會購買POI數據。

柵格－2D地圖

2D場景：輕地圖應用，簡單的位置分享、興趣點標註、線路展現等。2D模型展現效果不太好，在縮放比例較小的狀況下，看起來比較模糊(縮放比例大一些看起來清晰度還能夠)。

柵格模型對於某一個地方的描述，是經過不少層圖片疊加組成的，每層表明不一樣信息(例如道路)。柵格模型通常都會先渲染一個底圖，而後是在底圖的基礎上疊加路況、POI等圖層。

珊格圖都是在服務器預處理的圖片，從服務器下載處理好的圖片到本地進行拼接便可，因爲下載到本地是圖片，本地不能再對圖層進行更改。對於性能上來講，服務器進行圖片合成性能消耗較大，可是客戶端性能消耗比較小，內存佔用也比較小，用起來會比較流暢。

矢量－3D地圖

3D場景：重地圖應用，以LBS爲核心功能，須要離線地圖、更好的渲染效果、app內導航的。好比打車應用、出行導航類應用，3D模型渲染後的效果比較好，通常使用導航功能都必須用這個3D模型。

矢量數據是從服務器將地圖數據下載下來，而後在客戶端進行合成繪製的，因此咱們能夠對地圖的顯示進行控制，可定製性更強。矢量圖看起來更佳清晰，渲染效果比較好。可是矢量圖對手機性能消耗很厲害，手機內存佔用比較高，CPU、GPU消耗都很大。對於服務器性能消耗就比2D場景性能小一些，由於服務器只是加載原始數據和向客戶端進行傳輸，將合成繪製等這些圖層渲染的繪製處理交給客戶端來作。提升了客戶端靈活性和更好的效果，犧牲了客戶端的性能，有利有弊。

三維地圖

三維地圖是以三維地圖數據爲基礎開發的，三維地圖看起來更佳立體化，地圖上能夠呈現出立體建築及陰影的效果，並且地圖隨着用戶的操做，樓宇的角度、陰影等效果也會隨之發生變化。

在三維地圖過渡過程當中，也出現過假三維地圖。這種地圖只能進行平面平移，不能進行旋轉操做，是數據平面地圖和三維地圖過渡的產物。

國外地圖

百度地圖目前已經能夠支持部分國家的國外地圖服務，例如新加坡、韓國、日本、泰國等國家。能夠在最新的百度地圖app上直接查看、搜索這些國家的一些POI，以及使用導航等功能。

目前爲止只有百度一家支持國外地圖服務，高德暫時不支持這項服務。在百度和高德不支持的地方，因爲服務器沒有數據，因此不會作渲染，看起來白白的一片。

實景地圖

實景地圖最開始是Google研發的，這項技術須要軟件和硬件相互的配合，以及大量的數據處理才能完成。

採集實景須要各式實景採集工具，包括汽車採集、自行車採集、人力採集等，這主要是因爲須要應對各類採集地點。採集時將數據實時綁定GPS位置，這樣就清楚是在哪一個位置採集的。

數據採集後須要工程師將數據進行復雜處理，才能造成咱們看到的實景數據。實景數據通常都是靜態的，並且不是實時更新的。實景數據爲了保護被採集人的用戶隱私，須要對關鍵部位進行模糊處理，例如臉、車牌照等。

室內地圖

室內定位是一種結合3D定位的定位模式，這種定位能夠在室內進行定位。室內定位直接定位某個商鋪在幾樓的某個位置，並且能夠選擇樓層。

在傳統的定位中，樓內因爲是多層，會致使定位重疊的問題，並且樓內GPS信號也不太好甚至沒有。因此出現了一些新技術來實現樓內定位：AGPS(輔助全球衛星定位系統)、Wi-Fi指紋定位、zigbee芯片定位、RFID智能標籤技術、以及蘋果推出的ibeacon，其中高德使用的是Wi-Fi指紋定位技術。

百度熱力圖

首先是由百度率先支持熱力圖功能，熱力圖功能預示着大數據時代愈來愈近。熱力圖是根據百度地圖移動客戶端和SDK在這些地區的使用狀況推斷出來的，這些推斷數據能夠是網絡請求、打開次數等，經過這些數據推斷出人員分佈。經過以前百度在CCTV的報道來看，經過這些數據甚至能夠預測景區擁堵，防止大型踩踏等羣體性事件。

熱力圖隨着同一區域的密集程度變化，顏色隨之變深。可是因爲統計方式的特色，統計的數據並不太準確，例如白天和夜間就有很大區別，只是看成參考。

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地圖SDK架構

高德SDK結構

Annotation：單點標註，繼承自UIView，可使用UIView的一些基礎屬性，引入了重用機制(百度也是一樣的實現，包括一些打車軟件的小車，都是使用Annotation實現)。

Overlay：多點標註，引擎直接渲染，能夠經過SDK的API自定義UI，多點標註用於標識路線或某一個區域。

Other：雲搜索，地理編碼和逆地理編碼，導航路徑規劃，定位，POI搜索等。

MapKit和高德SDK區別

右邊圖片的高德logo是黑色，而且顯示在右下角，這是iOS系統的MapKit.framework

左邊圖片的高德logo是藍色，而且顯示在左下角，這是高德本身的SDK。

蘋果的MapKit只是使用了高德的數據，可是API是蘋果本身開發的。

百度地圖SDK框架

跨平臺引擎：

• 百度地圖的地圖引擎使用openGLES繪製
• 可以運行於支持C++的手機系統平臺
• 不一樣平臺對應用層保持一致的API接口
• 提供可以知足應用層的基礎數據結構
• 儘可能少的依賴系統接口，提升可移植性
• 靈活性和可擴展性

百度地圖對於高德地圖來講，增長了一些實用性的功能，例如熱力圖、騎行、個性化地圖等。這些功能都是高德所沒有的，固然高德也有一些很不錯的功能，二者各有優勢。

百度地圖和高德地圖都有2D和3D功能，2D純平面展現，沒有樓宇拔高效果。

百度地圖SDK框架

百度SDK主要模塊劃分：

• 地圖(基礎功能，地圖顯示以及操做和各類覆蓋物圖層)
• 檢索(POI，地理編碼、路徑規劃等)
• 定位(提供獨立定位模塊，經緯度根據國測局二次加密)
• 工具(調用百度客戶端，座標轉換等)
• 周邊雷達(檢索用戶信息，查找附近的人，主要用於社交)
• LBS雲(區域檢索，百度服務器存儲數據，能夠本身操做，屬於開發者自有數據)

百度SDK分爲六個大的模塊，能夠按照需求下載對應的模塊，這樣使下載下來的SDK體積變小。

百度鑑權認證策略：用戶能夠經過兩種方式與百度開放雲進行交互，包括認證方式和匿名方式。在SDK中不少地方都用到了鑑權認證，例如加載地圖時認證不經過不會顯示地圖，百度比較看重SDK的鑑權。

圖層渲染

百度地圖渲染分爲多個圖層渲染，每一個圖層渲染的目標也不同，地圖上自定義標註和覆蓋物統稱爲地圖覆蓋物，多個圖層疊加起來造成矢量圖。百度地圖SDK地圖等級目前爲19級，能夠根據縮放等級的不一樣渲染建築物、道路、河流、學校、公園等內容。

百度地圖支持多點觸摸、雙擊放大、多點縮小、旋轉等手勢操做。而且支持畫點、折線、圓、多邊形等操做，而且能夠自定義熱力圖、瓦片圖等。

百度個性化地圖

百度地圖在16年1月份推出了個性化地圖，SDK提供了個性化地圖模版，經過地圖模版更改底圖顏色和樣式。從百度開發者平臺下載到模版，經過地圖模版能夠修改地面、水系、草地、道路、鐵路、地鐵、POI等顏色和樣式，而後調用SDK提供的方法讀取該模版便可。

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地圖產業鏈

第一張圖是一份14年的統計報告，這份統計報告統計不太全面，部分導航應用沒有被包含在內。

在這份統計報告中，咱們發現高德是惟一一個覆蓋整條產業鏈的企業，在產業鏈的每一個環節都存在高德的身影。

2014年4月，阿里對高德完成了15億美圓的收購，高德成爲阿里旗下全資子公司。

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這篇文章是我在公司內部組織的一次技術分享，也能夠說是技術分析。當時是經過一份PDF進行分享的，我將PDF發在這裏，你們能夠下載看看，經過PDF看更加直觀。

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